Introduzione ai Dati Astratti. Giuliano Armano 1

Transcript

1 Introduzione ai Dati Astratti Giuliano Armano 1

2 Terminologia Tipica Perché i dati astratti? A, B, C: procedure S: struttura dati Per accedere ad S le procedure A, B e C devono conoscerne i dettagli! Si ha così un'inutile propagazione delle informazioni su S che devono essere resi noti ad A, B e C. Giuliano Armano 2

3 Dati Astratti Problemi relativi ad un accesso alle strutture dati "non disciplinato": Propagazione degli errori difficilmente controllabile e prevedibile Un errore provocato da un modulo cliente A potrebbe rivelarsi in corrispondenza di un modulo cliente B che invece partendo da dati consistenti li manipolerebbe correttamente! Difficile manutenzione Un cambiamento su S indurrebbe modifiche su tutti i moduli che lo utilizzano Riuso tipicamente inesistente Le strutture dati riflettono aspetti relativi all'applicazione e all'implementazione, e quindi non sono stati "pensati" per essere riusati Giuliano Armano 3

4 Dati Astratti Cos'è un dato astratto? E l implementazione del concetto di segretario/a. A, B, C : procedure D: dato astratto (ADT) Per accedere ad S le procedure A, B e C non devono più conoscerne i dettagli! Per accedere ad S (incapsulata in D) le procedure A, B e C utilizzano soltanto le primitive di accesso che D mette a disposizione. Giuliano Armano 4

5 Dati Astratti Vantaggi relativi ad un accesso alle strutture dati "disciplinato": Propagazione degli errori controllabile e prevedibile Facile manutenzione Riuso Giuliano Armano 5

6 Dati Astratti Un dato astratto incapsula sia le strutture dati da manipolare che le procedure che si incaricano della loro gestione Un dato astratto nasconde tutti quei dettagli che non sono rilevanti per chi lo utilizza I dati astratti consentono quindi di realizzare un'astrazione sui dati e sul controllo Giuliano Armano 6

7 Dati Astratti Tipicamente un dato astratto viene realizzato tramite un opportuno modulo Cos'è un modulo? Nella sua forma più moderna, un modulo è un insieme di risorse di cui alcune sono visibili all'esterno mentre altre sono soltanto locali. Un modulo è comunque il risultato di un'operazione di astrazione. Giuliano Armano 7

8 Dati Astratti I moduli come astrazione sul controllo e sui dati Sia i dati che il controllo possono essere opportunamente incapsulati tramite moduli L'incapsulamento da solo però non basta a caratterizzare un modulo come dato astratto! Perché? Affinché un modulo implementi un dato astratto occorre che anche il principio di occultamento dell'informazione sia rispettato! In pratica un modulo che implementa un dato astratto deve esportare (ovvero mettere a disposizione dell'esterno) soltanto risorse "logiche" (tipicamente gli entry point delle primitive di accesso) e nascondere opportunamente quelle "fisiche" (tipicamente i dettagli relativi alle caratteristiche delle strutture dati) Giuliano Armano 8

9 Dati Astratti Information hiding: un esempio Somma Sottrai Moltiplica Dividi A+jB Inizializza ParteReale ParteImmaginaria Modulo Argomento Complesso Giuliano Armano 9

10 Dati Astratti L'utilizzazione di un dato astratto avviene Dichiarando le istanze del tipo di dato Manipolando le istanze del tipo di dato tramite le operazioni primitive messe a disposizione Le operazioni definite per la manipolazione dei dati astratti sono le uniche operazioni possibili per operare sulle istanze del tipo di dato astratto corrispondente Giuliano Armano 10

11 Dati Astratti Per rappresentare un tipo di dato occorre fornirne una descrizione il più possibile completa, consistente e non ambigua Ci sono sostanzialmente tre viste di un tipo di dato che possono essere fornite: Sintattica Semantica Pragmatica Giuliano Armano 11

12 Dati Astratti Le tre viste non sono complementari! La vista sintattica è chiaramente incompleta poiché specifica soltanto l interfaccia del dato La vista sintattica e quella semantica forniscono una descrizione completa del dato prescindendo completamente da qualunque dettaglio realizzativo La vista pragmatica è ridondante: aggiunge informazioni inutili ai fini della comportamento del dato. Giuliano Armano 12

13 Dati Astratti TIPO DI DESCRIZIONE CHE COSA SPECIFICA NOTE SYNTAX INTERFACE UNDER-SPECIFICATION SEMANTICS BEHAVIOR FULLY ABSTRACT PRAGMATICS IMPLEMENTATION OVER-SPECIFICATION Giuliano Armano 13

14 Dati Astratti Type Specification Syntax Semantics Pragmatics Signature Behavior Implementation Under-Specified Fully Abstract Over-specified ABSTRACT DATA TYPE = SYNTAX + SEMANTICS! Giuliano Armano 14

15 Concetti Informativi Breve riassunto sugli ADT Sono il risultato di un'operazione di astrazione il comportamento del dato viene definito specificandone la sintassi e la semantica ma non l implementazione Soddisfano il principio dell occultamento dell informazione ogni istanza di un ADT può essere rivista come una sorta di scatola nera che nasconde all'esterno la sua implementazione fisica Suggeriscono di incapsulare in un unico modulo dati e primitive di accesso ai dati NB un modulo è tipicamente un insieme di risorse di cui alcune sono visibili all'esterno mentre altre sono soltanto locali (soltanto i servizi utilizzati dai moduli clienti devono essere esportati) Giuliano Armano 15

16 Concetti Informativi Vogliamo realizzare un contatore che esporti ai moduli clienti le operazioni di: incremento (increment) decremento (decrement) estrazione del valore corrente (value) controllo di contatore nullo (iszero) NB Per scelta di progetto il contatore non può assumere valori negativi (concettualmente è mappato sui numeri naturali) 0 min 0 Counter newcounter increment decrement value iszero Giuliano Armano 16

17 Concetti Informativi Un esempio: ADT contatore type Counter uses Natural, Boolean syntax newcounter : -> Counter increment : Counter -> Counter decrement : Counter -> Counter value : Counter -> Natural iszero : Counter -> Boolean semantics... end Counter Giuliano Armano 17

18 Concetti Informativi Un esempio: ADT contatore - III type Counter uses Natural, Boolean syntax... semantics for all C in Counter; decrement(newcounter) = newcounter decrement(increment(c)) = C value(newcounter) = 0 value(increment(c)) = 1 + value(c) iszero(newcounter) = true iszero(increment(c)) = false end Counter Giuliano Armano 18

19 Concetti Informativi ADT contatore: un implementazione in C++ enum Boolean { False, True } ; class Counter { private: unsigned int currvalue ; public: Counter() { currvalue = 0 ; } ; // constructor void increment() { currvalue++ ; } ; void decrement() { if ( currvalue > 0 ) currvalue-- ; } unsigned int value(){ return currvalue ; } Boolean iszero() { return (Boolean) (currvalue == 0) ; } } ; Giuliano Armano 19

20 Concetti Informativi ADT contatore: un programma di prova void main () { } Counter c1 ; // inizialmente: c1.currvalue 0 cout << endl ; cout << "valore iniziale di c1 = " << c1.value() ; c1.decrement() ; cout << "c1 dopo un tentativo di decremento = " ; cout << c1.value() << endl ; for ( int i=0; i < 10; i++ ) c1.increment() ; cout << "c1 dopo 10 incrementi = " ; cout << c1.value() << endl ; c1.decrement() ; cout << "c1 dopo un decremento = " << c1.value() ; cout << endl ; Giuliano Armano 20

21 Concetti Informativi Una modifica all ADT contatore: il contatore limitato Vogliamo ora realizzare un contatore limitato, che non esca dall intervallo , pur mantenendo le stesse operazioni di: incremento (increment) decremento (decrement) estrazione del valore corrente (value) controllo di contatore nullo (iszero) max min 0 limitedcounter newcounter increment decrement value iszero Giuliano Armano 21

22 Concetti Informativi Una modifica all ADT contatore: il contatore limitato type limitedcounter uses Natural, Boolean syntax newcounter : limitedcounter increment : limitedcounter limitedcounter decrement : limitedcounter limitedcounter value : limitedcounter Natural iszero : limitedcounter Boolean semantics... end limitedcounter Giuliano Armano 22

23 Concetti Informativi Una modifica all ADT contatore: il contatore limitato type limitedcounter uses Natural, Boolean syntax... semantics for all C in limitedcounter; decrement(newcounter) = newcounter decrement(increment(c)) = if value(c) < 1000 then C else decrement(c) value(newcounter) = 0 value(increment(c)) = if value(c) < 1000 then 1 + value(c) else 1000 iszero(newcounter) = true iszero(increment(c)) = false end limitedcounter Giuliano Armano 23

24 Concetti Informativi ADT contatore limitato : implementazione in C++ enum Boolean { False, True } ; class limitedcounter { private: unsigned int currvalue ; public: limitedcounter() { currvalue = 0 ; } // constructor void increment() { if (currvalue < 1000) currvalue++ ; } void decrement() { if ( currvalue > 0 ) currvalue-- ; } unsigned int value(){ return currvalue ; } Boolean iszero() { return (Booelan) (currvalue == 0) ; } } ; Giuliano Armano 24

25 Concetti Informativi ADT contatore limitato : un programma di prova void main () { } limitedcounter c1 ; // inizialmente: c1.currvalue 0 cout << "valore iniziale di c1 = " << c1.value()c; c1.decrement() ; cout << "c1 dopo un tentativo di decremento = " ; cout << c1.value() << endl ; for ( int i=0; i < 10; i++ ) c1.increment() ; cout << "c1 dopo 10 incrementi = " << c1.value() << endl ; c1.decrement() ; cout << "c1 dopo un decremento = " << c1.value() << endl ; cout << "c1 dopo un decremento = " << c1.value() << endl ; for ( int i=0; i < 1500; i++ ) c1.increment() ; cout << "c1 dopo un decremento = " << c1.value() << endl ; Giuliano Armano 25

26 Concetti Informativi QUALCHE COMMENTO Abbiamo definito i due dati astratti in maniera indipendente però è evidente che le modifiche da apportare al contatore per realizzare un contatore limitato sono minime! Non sarebbe meglio che il contatore limitato potesse ereditare dal contatore tutte quelle caratteristiche che non subiscono cambiamenti? in tal caso la specifica del comportamento del contatore limitato sarebbe distribuita lungo la catena di eredità poiché il contatore limitato potrebbe attivare comportamenti che eredita direttamente dal contatore! Giuliano Armano 26

27 Concetti Informativi Che cosa offrono gli ADT? Astrazione tramite occultamento dell informazione ed incapsulamento Riusabilità Manutenibilità Che cosa manca agli ADT? Eredità Polimorfismo Giuliano Armano 27

28 Giuliano Armano 28